3.2.3. Гидратация-дегидратация

Гидратация. Процесс гидратации заключается во вхождении молекул воды в структуру минералов в виде координационно связанных молекул (минералы типа гипса) или не связанных с решеткой молекул (цеолиты). На долю воды приходится значительная часть объема минерала. Как отметил А.А. Маракушев (1968), при гидратации происходит перестройка кристаллической структуры минерала, направленная в сторону ее уплотнения и вследствие этого возрастание объема минералов, обусловленное связыванием в минералах воды, которое в значительной мере компенсируется уменьшением объема за счет перестройки кристаллической структуры минерала. Объемный эффект гидратации поэтому может быть отрицательным, близким к нулю и положительным. Наибольшим объемным эффектом (до 20—30 см³на моль Н₂О) обладают реакции цеолитизации.

Одной из наиболее простых гидратирующих систем является пара гипс—ангидрит. Особенности гидратации—дегидратации сульфата кальция весьма подробно описаны ранее (Миграция..., 1974).

Кристаллогидраты:

CaSO₄ + H₂O <===> CaSO₄^. 2H₂O;

ангидрит гипс

Направленность реакций регулируется температурой и давлением.

Отметим только, что гипсы и ангидриты в природных условиях довольно четко гипсометрически локализованы: основные массы ангидрита приурочены к участкам, находящимся на глубине более 460 м от дневной поверхности, а гипсы - к верхним частям разреза.

Аналогичные равновесия – мирабилит-тенардит, содовые минералы.

Гидрогели:

SiO₂ + nH₂O <===> SiO₂^.nH₂O

опал

Агаты. Интересные свойства кремней (бактериофаг).

Поглощение воды цеолитами связано со свойствами их кристаллической решетки. В их структуре алюминиевые и кремниевые тетраэдры образуют рыхлый каркас с каналами, достигающими нескольких ангстрем в поперечнике. Эти каналы обеспечивают легкую доступность молекул воды во внутренние участки структуры.

Цеолиты:

Na₂ Al₂ Si₃ O₁₀^.2H₂O или Na₁₆ Al₁₆ Si₂₄ O₈₀^.16H₂O – натролит

Вхождение воды в состав цеолитных минералов в первую очередь связано с увеличением гидростатического давления, вывод ее обусловливается увеличением температуры до 400^оС.

Использование цеолитов для очистки питьевых и сточных вод, сушки. Отдают и принимают воду без разрушения крист. решетки; ионообменники; сорбенты. Использование в корме скота, рыб (до 6%) – свх. Тихоокеанский; свиноматки увеличили вес на 30%.

И вообще, как будет показано ниже, практически все метаморфические реакции представляют собой целую серию взаимодействий между водой и горными породами в меняющихся термодинамических условиях (Маракушев, 1968; Файф и другие, 1962)

Особо следует остановиться на глинистых минералах, ряд которых содержит межслоевую воду (смектиты, вермикулиты, галлуазиты). Ее удаление, так же как и для других групп минералов, связано с повышением температуры. Наиболее важна дегидратация монтмориллонита, приводящая к образованию гидрослюд на глубинах более 2000—3000 м.

Таким образом, процессы, возникающие на границе раздела горных пород и подземных вод, приводят во многих случаях к проникновению молекул воды в кристаллическую решетку минералов. В результате при определенных термодинамических параметрах образуются новые минералы и может произойти полное замещение прежних горных пород новыми.